Электрификация горного производства. Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Электрификация горного производства» для с

где Sтр.н – номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

2.2.3 Содержание раздела курсового проекта

1 Составляется спецификация основного электрооборудования карьера (таблица 2.2.1) с разбивкой по группам высокого и низкого напряжения, с указанием параметров сетевых электродвигателей и трансформаторов собственных нужд экскаваторов, а также расчетных параметров электрической нагрузки. Технические характеристики горных машин и оборудования приведены в таблицах Б.6 … Б.11.

Таблица 2.2.1 – Расчетные параметры электрической нагрузки

41

2 По расчетной нагрузке выбираются силовые трансформаторы КПП карьера, трансформаторы КТП, питающих буровые станки, технологический комплекс, насосные станции, конвейерные установки, сварочные агрегаты и прожекторные установки.

Технические характеристики силовых трансформаторов приведены в таблицах Б.12 … Б.14.

3 Составляется таблица 2.2.2 с технической характеристикой силовых трансформаторов карьера.

Таблица 2.2.2 – Технические характеристики силовых трансформаторов

2.3 Расчет воздушных и кабельных линий карьера

Цель расчета – определение минимальных сечений проводов и жил кабелей, соответствующих подключенной нагрузке и удовлетворяющих нормам ПУЭ [6].

Сечение проводов воздушных линий рассчитывается по тепловому нагреву током нагрузки и проверяется по допустимой потере напряжения, экономической плотности тока и механической прочности проводов.

Сечение жил кабельных линий рассчитывается по тепловому нагреву током нагрузки и проверяется по допустимой потере напряжения, экономической плотности тока и термической стойкости к токам короткого замыкания.

Для мощных экскаваторов сечение проводов и жил кабелей проверяется по пусковому току сетевого двигателя преобразовательного агрегата.

2.3.1 Методика расчета воздушных линий

Для выбора сечения и марки проводов воздушных линий определяется расчетный ток подключенной нагрузки Iр. При этом должно соблюдаться условие

42

где Iдоп – длительно допустимый ток нагрузки соответствующего стандартного сечения провода, А (таблица Б.15).

Расчетный ток нагрузки для электроустановок с равномерным потреблением электроэнергии определяется по формуле

где kсп′ .т – коэффициент спроса для определения мощности трансформатора подстанции;

ΣPн − суммарная активная нагрузка, кВт;

cosϕпр – средневзвешенный коэффициент мощности группы электроприемников.

Расчетный ток нагрузки одного или группы однотипных экскаваторов определяется по формуле

Iр =(∑Iа.дв +∑Iа.тр )2 +(∑Iр.дв +∑Iр.тр )2 , А, (2.3.3)

где ΣIа.дв, ΣIр.дв – сумма активных и реактивных составляющих расчетного тока нагрузки сетевых двигателей, А:

∑Iа.дв = kсп.ср ∑Pн ; ∑Iр.дв = ∑Iа.двtgϕдв ,

3Uн

ΣIа.тр, ΣIр.тр – суммы активных и реактивных составляющих расчетного тока нагрузки двигателей вспомогательных механизмов и ТСН трансформаторов, А:

Выбранное по условию (2.3.1) сечение проводов проверяется по допустимой потере напряжения в конце линии

где L – длина воздушной линии, км;

r0, x0 – удельное активное и реактивное сопротивления проводов линии, Ом/км.

43

Расчетное значение потери напряжения должно отвечать условию

Для экскаваторов, на которых установлен мощный сетевой двигатель преобразовательного агрегата, сечение проводов питающей линии проверяется по пусковому току Iпуск:

где Sп – сечение провода по пусковому току, мм2;

Iпуск – пусковой ток сетевого двигателя экскаватора

(Iпуск = (5 … 7)Iн), A;

Iн – номинальный ток сетевого двигателя, А;

γ– удельная проводимость материала провода, для меди

γ= 54,3 м/(Ом мм2), для алюминия γ = 31,5 м/(Ом мм2);

cosϕпуск – коэффициент мощности при пуске, определяется по формуле

где Рн.дв – номинальная мощность сетевого двигателя,

кВт;

Uн – номинальное напряжение сети, кВ.

По экономической плотности тока сечение проводов стационарных воздушных линий напряжением свыше 1 кВ рассчитывается по формуле

где jэк – экономическая плотность тока, А/мм2.

В результате расчетов определяется минимально допустимое сечение проводов воздушной линии, в соответствии с которым выбирается стандартное сечение проводов марки А, АС или ПС, ПСО.

44

2.3.2 Методика расчета кабельных линий

Расчетный ток нагрузки жил кабеля определяется аналогично току нагрузки для проводов воздушных линий по формулам (2.3.2), (2.3.3). Однако при этом дополнительно вводятся поправочные коэффициенты k1 и k2:

где k1 – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды;

k2 – поправочный коэффициент на число работающих кабелей, проложенных в одной траншее, или при намотке кабеля на барабан.

Расчетный ток нагрузки Ip′ должен быть не больше длительно допустимого тока для выбранного типа кабеля (таблица Б.17):

Выбранное по условию нагрева сечение жил кабеля проверяется по допустимой потере напряжения:

где Lк – протяженность кабельной линии, м; Sк – сечение жил кабеля, мм2.

Проверка сечения жил кабелей по экономической плотности тока и пусковому току сетевого двигателя экскаватора осуществляется по формулам (2.3.6), (2.3.7).

Минимальное сечение жил кабеля по термической стойкости току КЗ определяется по формуле

где It=∞ – установившееся значение тока КЗ, А;

tп – приведенное время периодической составляющей тока КЗ, с;

с – поправочный коэффициент, для медных жил с = 165, для алюминиевых жил с = 90.

45

2.3.3 Содержание раздела в курсовом проекте

1 Составляется однолинейная расчетная схема замещения электрической сети карьера с указанием ГПП, КТП, воздушных и кабельных линий, приемников электроэнергии с указанием их параметров.

2 Определяются расчетные токи нагрузки и их активные и реактивные составляющие в соответствии с п. 2.3.1 и п. 2.3.2.

3 По величине допустимого тока нагрева осуществляется выбор марки проводов, их сечения, удельных активных и индуктивных сопротивлений (таблица Б.15).

4 По формуле (2.3.4) определяется потеря напряжения в наиболее протяженной воздушной линии карьерной распределительной сети, которая проверяется по условию допустимости уровня потерь по формуле (2.3.5).

В случае невыполнения условия необходимо увеличить сечение проводов ВЛ, уменьшить ее протяженность или увеличить вторичное напряжение на зажимах силового трансформатора ГПП в пределах диапазона его возможного регулирования.

5 Сечение проводов ВЛ проверяется по условию пуска сетевого двигателя наиболее мощного экскаватора (см. формулу (2.3.6)).

6 По расчетному току нагрузки (см. формулу (2.3.8)) и допустимому току нагрева выбирается марка питающих высоковольтные электроприемники кабелей, определяются их сечение, удельные активные и индуктивные сопротивления (таблица Б.17).

7 Сечение жил кабеля проверяется по условию пуска сетевого двигателя экскаватора (см. формулу (2.3.10)).

8 По расчетному току низковольтной нагрузки и допустимому току нагрева выбирается марка питающих низковольтные электроприемники кабелей, определяются их сечение, удельные активные и индуктивные сопротивления (таблица Б.17).

9 Результаты расчетов оформляются в виде таблицы 2.3.1.

46

Таблица 2.3.1– Параметры воздушных и кабельных линий карьерной распределительной сети

2.4. Расчет токов короткого замыкания в карьерных электрических сетях

Цель расчетов – определение величин It=0, It=0,1, It=0,2, It=∞, iу, Iу, характеризующих ток трехфазного короткого замы-

кания Ik(3) для выбора и проверки коммутационной, защитной и контрольно-измерительной аппаратуры, устанавливаемой на ГПП, карьерных распределительных пунктах (KРП), приключательных пунктах и передвижных трансформаторных подстанциях. Кроме того, для проверки выключателей по предельной отключаемой мощности КЗ определяются величины

мощности St=0,1, St=0,2, St=∞ для различных моментов времени. Расчет токов и мощности короткого замыкания в ка-

рьерных электрических сетях, как правило, проводится в относительных единицах.

2.4.1 Приведение параметров сети к системе относительных единиц

Приведение параметров сети к системе относительных единиц начинается с выбора базисных величин:

где Iб – базисный ток, А;

Zб – базисное сопротивление, Ом;

47

Sб – базисная мощность (10, 100, 1000, 10 000 МВ А и

т.д.);

Uб – базисное напряжение (0,4; 0,69; 6,3; 10,5; 37; 115 кВ и т.д.).

В случае если Sб ≥ 630 кВ А или ΣR ≤ ΣX/3, базисное сопротивление определяется по формуле

где uкз % – напряжение КЗ трансформатора;

Sном – номинальная мощность трансформатора, МВ А;

трансформатора;

Pкз – потери мощности при КЗ в обмотке трансформа-

тора.

Сопротивления трехобмоточного трансформатора:

где Sт.нв, Sт.нс, Sт.нн – номинальная мощность обмоток высшего, среднего и низшего напряжения, МВ А;

uкв %, uкс %, uкн % – напряжения КЗ, определяемые по формулам

48

uкн%= 12 (uкс н%+uкв н%−uкв с%).

Сопротивление реактора:

где xp% – реактивное сопротивление реактора в процентах относительно номинальных условий;

Uн – номинальное напряжение реактора, кВ; Iн – номинальный ток реактора, А.

Сопротивление линии электропередачи:

где x0 – удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км;

r0 – удельное активное сопротивление линии, Ом/км; l – длина линии, км.

Сопротивление синхронных и асинхронных двигателей:

где xd – сверхпереходное сопротивление электродвигателя, о.е.;

Sн – номинальная мощность двигателя, МВ А. Сопротивление системы:

где Sн.откл – предельная мощность отключения выключателей, установленных на шинах связи с системой, МВ А;

Sk(3) – мощность трехфазного КЗ, МВ А.

49

2.4.2 Аналитическое определение токов и мощности КЗ

Аналитическое определение токов и мощности КЗ производится при питании сети от источника бесконечно большой мощности или при условии, что расчетное сопротивление

Xрасч* > 3.

При наличии на карьере мощных двигателей расчетное сопротивление от каждого источника до точки КЗ определяется по формуле

где ΣXвд* – суммарное сопротивление ветви от источника питания до точки КЗ.

Источником питания можно пренебречь, если

где ΣXвс* – суммарное сопротивление ветви от источника бесконечной мощности до точки КЗ.

Неоднородные по мощности источники питания для упрощения расчетов можно условно объединить и считать как один источник, если выполняется условие

S ∑X*

б вс =0,4...2,5 . (2.4.14)

Sн ∑Xвд*

Действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ в начальный период замыкания:

50